Question

人工肾脏可用间接电化学方法除去代谢产物中的尿素，原理如右图．
（1）电源的负极为

 

（填“A”或“B”）．
（2）阳极室中发生的反应依次为：

 

，

 

．
（3）电解结束后，阴极室溶液的pH与电解前相比将

 

（填“增大”、“减小”或“不变”）；若两极共收集到气体13.44L（标准状况），则除去的尿素质量=

 

g（忽略气体的溶解）．

Answer 1

考点：原电池和电解池的工作原理

专题：电化学专题

分析：（1）根据电解池中阴离子在阳极放电和阳离子在阴极放电的规律，结合本题图中的电极产物CO₂和N₂可以判断出A为电源的正极，B为电源的负极；
（2）由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl；
（3）阴极反应为：6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-═3H₂↑）
阳极反应为：6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH^-、H⁺的数目相等，阳极室中反应产生的H⁺通过质子交换膜进入阴极室与OH^-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；
根据n=

V

Vm

计算两极产生的气体的物质的量，利用气体中各组分的比例关系，计算n（N₂）=n（CO₂），再根据方程式计算尿素的物质的量，根据m=nM计算尿素的质量．

解答： 解：（1）由图可知，左室电极产物为CO₂和N₂，发生氧化反应，故A为电源的正极，右室电解产物H₂，发生还原反应，故B为电源的负极，故答案为：B；
（2）由图可知，阳极室首先是氯离子放电生成氯气，氯气再氧化尿素生成氮气、二氧化碳，同时会生成HCl，阳极室中发生的反应依次为：2Cl^--2e^-═Cl₂↑，
CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl，
故答案为：2Cl^--2e^-=Cl₂↑；CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl；
（3）阴极反应为6H₂O+6e^-═6OH^-+3H₂↑（或6H⁺+6e^-═3H₂↑）
阳极反应为6Cl^--6e^-═3Cl₂↑，CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O═N₂+CO₂+6HCl
根据上述反应式可以看出在阴、阳极上产生的OH^-、H⁺的数目相等，阳极室中反应产生的H⁺通过质子交换膜进入阴极室与OH^-恰好反应生成水，所以阴极室中电解前后溶液的pH不变；
电解收集到的13.44 L气体，物质的量为

13.44L

22.4L/mol

=0.6mol，由反应CO（NH₂）₂+3Cl₂+H₂O=N₂+CO₂+6HCl可知n（N₂）=n（CO₂）=0.6mol×

1

5

=0.12 mol，
可知生成0.12 mol N₂所消耗的CO（NH₂）₂的物质的量也为0.12 mol，其质量为：m[CO（NH₂）₂]=0.12 mol×60 g?mol^-1=7.2 g，
故答案为：不变；7.2．

点评：本题考查电解池原理与有关计算，难度较大，（3）中关键注意观察电极产物，判断发生的反应，注意根据方程式判断左室中pH值的变化．